"Treatise on Ciphers" ( 1466 ) - en af de første bøger i Europa dedikeret til kryptoanalyse , skrevet af Leon Battista Alberti - en italiensk videnskabsmand, humanist , forfatter, en af initiativtagerne til ny europæisk arkitektur og en førende kunstteoretiker fra renæssancen . Med sit arbejde ydede han et væsentligt bidrag til udviklingen af kryptografi, foreslog ideen om en polyalfabetisk ciffer og opfandt en enhed, der implementerer en polyalfabetisk substitutionsciffer, kaldet Alberti-disken.
I det XV århundrede i Vesteuropa tilhører forrangen i økonomisk og politisk udvikling de italienske stater. Den pavelige curia spiller fortsat den største rolle i det politiske liv. For at styrke sine positioner og udvikle hemmelige projekter har Vatikanet brug for hjælp fra kryptologi (skjul dine planer, afslør din modstanders kort). I denne henseende begynder ikke kun den aktive brug af metoderne til kryptografi og kryptoanalyse, men også skabelsen af det teoretiske grundlag for kryptologi.
De dygtigste mennesker fra de italienske byer leverede deres tjenester til Vatikanet, hvilket gjorde det muligt at komplicere og forbedre metoder.
Afhandlingen af en fremtrædende repræsentant for den italienske renæssance, Leon Battista Alberti, dedikeret til emnet under overvejelse, kan betragtes som den første kilde i historien til studiet af nye tilgange til kryptografi.
Alberti er den første repræsentant for nye ideer på dette område. Han er almindeligt kendt som en lys repræsentant for den italienske renæssance, rækken af hans interesser er meget omfattende. Han tjente mere end 30 år på det pavelige kontor, hvilket fik ham til at interessere sig for kryptografi. Blandt hans værker er afhandlingen "On the Principles of Ciphers". Manuskriptet opbevares i Vatikanets arkiver. En engelsk, italiensk oversættelse af dette værk blev udført. Sammen med bogen, der blev præsenteret på udstillingen i Mantua , dedikeret til 590-året for Albertis fødsel, blev der i december 1994 udgivet en cd med en historisk introduktion, teksten til 12 overlevende manuskripter af værket og dets oversættelser til forskellige sprog.
Værket blev skrevet efter anmodning fra Albertis ven, Leonardo Data, pavens sekretær. Alberti inkluderede i sit arbejde ikke kun en beskrivelse af de generelle principper for kryptering og kryptoanalyse, nogle specifikke chiffer, men også en ny krypteringsmetode, han opfandt. Han inkluderede også i bogen en kort diskussion af steganografi (steganografi er et sæt midler og metoder til at skjule kendsgerningen af informationstransmission).
Så afhandlingen indeholder både information om kryptografi og kryptologi. Alberti selv delte ikke strengt taget disse begreber. Men i begyndelsen af bogen beskriver han forskning, der ikke er så meget vigtig for kryptering som for kryptoanalyse. Vi taler om hyppigheden af forskellige vokaler og konsonanter i det latinske sprog , såvel som hyppigheden af bigrammer og placeringen af vokaler og konsonanter i det latinske sprog. Alberti bemærkede, at i enhver latinsk bog ville forholdet mellem vokaler og konsonanter være 300 til 100.
Lige så lidt tilfreds med beskrivelsen af simple substitutionscifre giver Alberti anbefalinger om kompilering af proportionale substitutionscifre. I dem, for at erstatte de mest hyppige vokaler, anbefaler han at bruge ikke én, men flere bogstaver eller andre symboler, der er forskellige fra hinanden, som skal skiftes i chifferen.
Alberti giver også nogle anbefalinger til effektiv brug af dette system (forenkling af stavning, brug af "blanks" - symboler, der ikke betyder noget).
Alberti beskrev et andet system, som er en kombination af cifre og koder, hvor individuelle stavelser, ord og almindelige tekstsætninger erstattes af bogstaver. Han henvendte sig også til enklere krypteringssystemer i forbindelse med permutation af bogstaver.
Alberti nævner også steganografiens metoder (brug af mælk, løg og salt, som kan bruges til at skrive tekst, der optræder under påvirkning af vand og varme.
Til sidst giver Alberti sit eget ciffer.
"Alberti-disken" bestod af to diske - en ekstern fast disk (den havde latinske bogstaver i alfabetisk rækkefølge og tallene 1, 2, 3, 4) og en bevægelig intern disk, hvorpå bogstaverne blev omarrangeret. Skiverne var monteret på en akse, så den inderste kunne rotere. Omkredsen af hver skive er opdelt i 24 lige store celler. Alfabeternes glidning styres af nøglebogstaverne, der er inkluderet i kryptogrammets krop. For at kunne tyde en besked skrevet ved hjælp af Alberti-diskene, skulle du have det tilsvarende alfabet på din interne disk.
Princippet for at konstruere denne chiffer er som følger: til kryptering bruges ikke én, som i en simpel erstatning, men flere chifferalfabeter. Krypteringsprocessen bestod i at finde et bogstav i klartekst på det eksterne drev og erstatte det med bogstavet fra det interne drev under det. Derefter blev den indre disk forskudt med én position, og det andet bogstav blev krypteret ved hjælp af det nye chifferalfabet.
Nøglen til denne chiffer var rækkefølgen af bogstaverne på den indre skive og dens begyndelsesposition i forhold til den ydre skive. En anden opfindelse af Alberti var koder, han foreslog at erstatte stavelser, ord og hele sætninger med ordnede to-, tre- og firecifrede kombinationer (der er 336 sådanne kombinationer i alt). Derefter blev tallene omskrevet ved en polyalfabetisk substitution. Som du kan se, er disken en mekanisk enhed til enkel udskiftning. Opfindelsen af en sådan enhed forklarer endnu ikke, hvorfor Alberti er anerkendt som faderen til vesteuropæisk kryptologi. Albertis vigtigste fordel er brugen af ikke ét, men flere alfabeter, hvilket gør frekvensanalyse vanskelig. Alberti foreslog at skifte fra et alfabet til et andet hvert 3.-4. ord. Dette gøres ved at dreje den indvendige skive i den ene eller anden retning med et vist antal delinger. Et stort bogstav tjente som et signal for en sådan omskiftning. Uden denne grund havde store bogstaver i teksten ikke et sted at være. Først brugte Alberti to alfabeter, så mere. Alberti var således en af de første til at fremsætte ideen om "dobbelt kryptering" - teksten opnået som et resultat af den første kryptering blev genkryptering med en anden kryptering. Albertis ideer blev brugt i skabelsen af chiffermaskiner i første halvdel af det 20. århundrede , nogle af dem blev brugt i forskellige lande indtil 1980'erne.
Alberti-cifferet er ikke periodisk. I det 16. århundrede brugte Giovanni Battista della Porta et system af nøgleord til at implementere en chiffer, der kan ses som en variation af Alberti-cifferet. Et nøgleord bruges til at danne en permutation af et alfabet, et andet nøgleord bruges til at definere en sekvens for flere alfabeter. Denne teknik, som er blevet kaldt "dobbelt chiffer" er blevet mere præcist beskrevet som polyalfabetisk. Port-permutationsteknikken var baseret på en 2-dimensionel tabel, for eksempel her er en variant af Port-tabellen baseret på et 26-tegns alfabet:
Eksternt drev svarende til: abcdefghijklmnopqrstu vwxyz 0 ALBERTICPHDFGHJKMNOSU VWXYZ 1 ZALBERTICPHDFGHJKMNOS UVWXY N 2 YZALBERTICPHDFGHJKMNO SUVWX u 3 XYZALBERTICPHDFGHJKMN OSUVW m 4 WXYZALBERTICPHDFGHJKM NOSUV b 5 VWXYZALBERTICPHDFGHJK MNOSU e 6 UVWXYZALBERTICPHDFGHJ KMNOS r 7 SUVWXYZALBERTICPHDFGH JKMNO 8 OSUVWXYZALBERTICPHDFG HJKMN o 9 NOSUVWXYZALBERTICPHDF GHJKM f 10 MNOSUVWXYZALBERTICPHD FGHJK 11 KMNOSUVWXYZALBERTICPH DFGHJ S 12 JKMNOSUVWXYZALBERTICP HDFGH h 13 HJKMNOSUVWXYZALBERTIC PHDFG i 14 GHJKMNOSUVWXYZALBERTI CPHDF f 15 FGHJKMNOSUVWXYZALBERT ICPHD t 16 DFGHJKMNOSUVWXYZALBER TICPH s 17 HDFGHJKMNOSUVWXYZALBE RTICP 18 PHDFGHJKMNOSUVWXYZALB ERTIC 19 CPHDFGHJKMNOSUVWXYZAL BERTI 20 ICPHDFGHJKMNOSUVWXYZA LBERT 21 TICPHDFGHJKMNOSUVWXYZ ALBER 22 RTICPHDFGHJKMNOSUVWXY ZALBE 23 ERTICPHDFGHJKMNOSUVWX YZALB 24 BERTICPHDFGHJKMNOSUVW XYZAL 25 LBERTICPHDFGHJKMNOSUV WXYZA
I dette tilfælde matcher de store bogstaver det randomiserede interne diskalfabet, vi bruger ALBERTICIPHER som et nøgleord til at danne alfabetet. De store bogstaver svarer til det ydre drev, og tallene på hjørnet repræsenterer indekserne for flere alfabeter, det andet nøgleord bruges til at angive rækkefølgen af indekser, der bruges til at vælge rækker i tabellen. For en krypteringsnøglen som Porta vil krypteringsnøglen bestå af den permutation, der er angivet i den første række af tabellen plus det skift, der følger efter hvert bogstav i teksten. Hver ny skiftværdi i portmetoden, eller hvert nyt "ord" i det andet nøgleord, betyder et nyt chiffertekstalfabet.
Opdagelsen af en ny klasse af cifre - polyalfabetiske substitutionscifre - kunne være af stor betydning for forbedringen af kryptografiske metoder, men Albertis arbejde blev ikke brugt meget. Den eneste ikke-italienske forfatter i det 16. århundrede, der nævnte Albertis afhandling i hans værk, var den franske diplomat Blaise de Vigenère . Oplysninger om, at Alberti virkelig skabte en sådan afhandling, syntes at gå tabt indtil anden halvdel af det 19. århundrede, hvor den engelske forsker R. Brown, baseret på en undersøgelse af manuskripterne fra de venetianske arkiver, konstaterede, at Alberti faktisk havde opfundet en ny kryptering system.
Som et eksempel på denne chiffer, lad os kryptere beskeden "dette er en test af alberti" ved hjælp af tabellen ovenfor.
Lad os starte med at skrive det andet søgeord, CATWALK, gentagne gange under teksten.
dette er en test af alberti CATW AL K CATW AL KCATWALErstat nu bogstaverne i nøgleordet med deres numeriske ækvivalent, hvor A = 0, B = 1, C = 2 osv.
t--h--i--s i--sa t--e--s--t o--f a--l--b--e--r--t--i 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11Det næste tegn, der svarer til koordinaterne, bestemmes af tekstens art og værdien af indekset (dvs. (t, 2) = N, (h, 0) = C osv.)
dette er en test af alberti NCKW PC M NRZX JU MHLFVSXBeskeden er blevet ændret til ukendelighed. Det skal også bemærkes, at frekvensanalyse er meningsløs, fordi uden de tilsvarende bogstaver h, s, t og i, begge er blevet oversat til de tilsvarende bogstaver C og X, henholdsvis.
For at tyde den hemmelige besked skal du skrive de krypterede tegn og deres tilsvarende skift ned.
N--C--K--W P--CM N--R--Z--X J--U M--H--L--F--V--S--X c--a--t--w a--lk c--a--t--w a--l k--c--a--t--w--a--l 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11 10 2 0 19 22 0 11Nu kan du se på tegnene i tabellen ovenfor for at få den originale besked.
dette er en test af albertiSammenlignet med datidens tidligere cifre var Alberti-cifferet umuligt at tyde uden viden om metoden. Det skyldtes, at frekvensfordeling og frekvensanalyse - den eneste kendte måde at angribe cifre på det tidspunkt - ikke hjalp.
Yderligere to træk ved Albertis ræsonnement om kryptografi bør analyseres.
For det første, da han betragter det som sin pligt at nævne steganografi, viser Alberti meget mindre interesse for det end for at overveje forskellige kryptografiske metoder. Hans opmærksomhed henledes på analysen og udviklingen af kryptografiske metoder, der frem for alt kræver bevægelse af det menneskelige sind. Dette var dog noget forud for sin tid, så ideen om kryptering blev afspejlet i en sådan visuel form som brugen af kobberpladeskiver.
For det andet blev det muligt at skabe et fundamentalt nyt krypteringssystem. Dette skyldes det faktum, at grundlaget for at forbedre metoder for første gang var brugen af matematisk viden, især nogle bestemmelser om kombinatorik.
Så Albertis bidrag til udviklingen af kryptologi kan betragtes som væsentligt ikke kun for at skabe forudsætningerne for aktiv brug af kryptografi for at sikre sikkerheden af pavelig hemmelig korrespondance, men også for dannelsen af teorien om kryptografi i den tidlige moderne æra.